（热能工程专业论文）微型制冷系统优化设计研究.pdf

摘耍 摘要 随着科技的发展，人们在能源和动力、军事、航空、航天等领域中，对环境 温度提出了更高的要求，而微型蒸气压缩式制冷系统具有结构紧凑、体小量轻、 换热效率高等优点，适用于特殊环境下的个人冷却和大功率电子系统冷却，有着 广阔的开发前景。 本文针对3 0 0 w 制冷量的微型蒸气压缩式制冷系统进行设计研究。系统主要 由微型滑片式制冷压缩机、微型多元平行流空冷冷凝器、微型螺旋管式蒸发器和 毛细管等组成，由高能锂离子电池提供系统所需动力。 微型制冷压缩机是微型制冷系统的核心部件之一。目前市场上的压缩机因重 量高、体积大，无法满足微型制冷系统对压缩机小型化、轻量化的要求，因此研 制体积小、重量轻的压缩机是微型制冷系统的关键技术之一。而滑片式制冷压缩 机具有结构简单、部件少等特点，是微型制冷压缩机可能的技术途径之一。本文 建立了滑片式制冷压缩机的性能模拟数学物理模型，研究了结构参数和运行参数 对其性能的影响规律，并设计了与3 0 0 w 制冷量相匹配的微型滑片式制冷压缩 机，该压缩机在转速为l1 0 0 r m i n 时，可提供约3 0 0 w 制冷量。 为了寻求为3 0 0 w 制冷量微型制冷系统适用的微型冷凝器的最优方案，本文 建立了描述平行流冷凝器特殊传热流动的稳态数学模型。利用m a t l a b 软件编程， 对微型多元平行流冷凝器进行了一定工况下的性能模拟。获得了不同流程布置， 不同风速下微型多元平行流冷凝器的压降、重量等曲线，得到了流程布置和迎面 风速对冷凝器的影响规律。给出了冷凝温度4 5 ，热负荷4 5 0 w 时和冷凝温度 5 0 ，热负荷4 8 0 w 时微型多元平行流冷凝器在最优流程布置和最优风速时的结 构设计参数。 本文在总结比较前人设计的微型螺旋管式、微型套管式、微型管带式蒸发器 综合性能的基础上，针对微型制冷系统的运行工况，建立了微型螺旋管式蒸发器 的传热流动稳态分布参数模型。利用m a t l a b 软件编程，进行了一种满足3 0 0 w 冷 负荷的微型螺旋管式蒸发器的设计，并给出具体设计过程和蒸发器结构图。 节流机构是制冷系统的重要部件之一。本文采用b i t t l e 等建立的绝热毛细管 特性的无量纲关联式，设计了与系统匹配的毛细管。另外，给出了干燥过滤器、 制冷系统连接管路等辅助设备的选择和计算过程。在对压缩机、冷凝器、蒸发器、 毛细管和辅助设备设计的基础上，接下来进行了微型制冷系统管路设计，装配成 样机，并对样机进行了重量核算。 建立了微型制冷系统火用分析的数学物理模型，并对系统各个环节的火用损 进行了分析计算，找出各环节火用损原因。结果表明：压缩环节火用损占整个系 北京工业大学工学硕上学位论文 统火用损比例最大，蒸发环节次之，冷凝环节居第三位，节流环节火用损最少。 提高压缩机的性能，是提高整个循环火用效率的关键。 关键词微型制冷系统；优化设计；稳态模型；火用损分析 a b s t r a c t 曼曼鼍曼曼曼! 鼍曼量鼍鼍曼量鼍| 一| m m ：h ：i ! ! ! ! ! 目曼舅皇皇蔓皇皇曼曼鼍皇曼曼皇皇葛曼鼍皇曼舅 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，p e o p l es e tah i g h e rr e q u e s tt o t h ea m b i e n tt e m p e r a t u r ei nt h ef i e l d ss u c ha se n e r g ya n dp o w e r , m i l i t a r y , a v i a t i o n ， a s t r o n a u t i c sa n ds oo n w i t hs o m ea d v a n t a g e si n c l u d i n gc o m p a c t n e s s ，l i g h t n e s s ，h i g h p e r f o r m a n c ea n dc o s te f f e c t i v e n e s s ，m i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e m c a l lb ew i d e l yu s e d f o rp e r s o n a lc o o l i n ga n dh i g l lp o w e re l e c t r o n i cc o m p o n e n t sc o o l i n g i nt h i sp a p e r , am i n i a t u r ev a p o r - c o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mw a sr e s e a r c h e d a n dd e s i g n e d ，a i m i n ga t3 0 0 wc o o l i n gc a p a c i t y t h ew h o l es y s t e mi n c l u d e sa m i n i a t u r es l i d i n gv a n er e f r i g e r a t i o nc o m p r e s s o r , am i n i a t u r ea i r - c o o l e dm u l t i 。u n i t p a r a l l e l f l o wc o n d e n s e r , as p i r a l t u b et y p ee v a p o r a t o r , c a p i l l a r yt u b ea n ds oo n t h e s y s t e mw a sd r i v e nb yh i g h e n e r g yl i t h i u mb a t t e r y t h em i n i a t u r er e f r i g e r a t i n gc o m p r e s s o ri so n eo fc o r ep a r t so ft h em i n i a t u r e r e f r i g e r a t i o ns y s t e m c o m p r e s s o r si nt h ep r e s e n tm a r k e td on o tm e e t t h er e q u i r e m e n t o ft h em i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e mb e c a u s eo fl a r g ev o l u m ea n dh e a v yw e i g h t ， t h e r e f o r et h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p r e s s o rw i t hs m a l lv o l u m ea n d l i g h tw e i g h ti so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fm i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e m s l i d i n g v a n ec o m p r e s s o rh a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l es t r u c t u r ea n d f e wp a r t s ，i ti so n eo ft h e p o s s i b l et e c h n i c a lw a y so fm i n i a t u r er e f r i g e r a t i n gc o m p r e s s o r i n t h i sp a p e r , t h e m a t h e m a t i c a l - p h y s i c a lm o d e lo fs l i d i n gv a n er e f r i g e r a t i o nc o m p r e s s o rw a se s t a b l i s h e d a n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ec o m p r e s s o ra td i f f e r e n ts t r u c t u r e sa n dd i f f e r e n to p e r a t i o n p a r a m e t e r sw e r es i m u l a t e d ，t h eo p t i m u md e s i g n o fam i n i a t u r es l i d i n gv a n e r e f r i g e r a t i o nc o m p r e s s o rm a t c h i n g3 0 0 wc o o l i n gc a p a c i t yw a sp r o p o s e d i no r d e rt od e s i g nt h el i g h t w e i g h ta n dh i g he f f i c i e n c yc o n d e n s e rf o rt h em i n i a t u r e r e f r i g e r a t i o ns y s t e mw i t h3 0 0 wc o o l i n gc a p a c i t y , am a t h e m a t i c a lm o d e l w a sp r o p o s e d t od e s c r i b et h eh e a tt r a n s f e ra n df l o wi nap a r a l l e lf l o wc o n d e n s e r am a t l a bp r o g r a m w a sd e v e l o p e dt os i m u l a t et h ep e r f o r m a n c eo fam i n i a t u r em u l t i u n i tp a r a l l e l f l o w c o n d e n s e ru n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s 砀ew e i g h ta n dp r e s s u r ed r o pg 珈u v e sa g a i n s tt h e r e f r i g e r a n tf l o wa r r a n g e m e n t sa n da i rv e l o c i t i e sw e r eo b t a i n e d ，t h ei n f l u e n c e so f d i f f e r e n tf l o wa r r a n g e m e n t sa n dd i f f e r e n ta i rv e l o c i t i e s o i lt h ep e r f o r m a n c eo f m i n i a t u r em u l t i - u n i tp a r a l l e l f l o wc o n d e n s e rw e r ea n a l y z e d t h e nt h e s t r u c t u r a l d e s i g np a r a m e t e r sa tt h eo p t i m u mf l o wa r r a n g e m e n t sa n da i rv e l o c i t i e sw h i c ha i m i n g a t4 5 。cc o n d e n s i n gt e m p e r a t u r e 4 5 0 wh e a tl o a da n d5 0 c o n d e n s i n gt e m p e r a t u r e ， 4 8 0 wh e a tl c i a dw e r eo b t a i n e d o nt h eb a s i so fp r e v i o u sr e s e a r c h e sa b o u tt h es p i r a l - t u b et y p ee v a p o r a t o r , t h e t i i 北京工业大学工学硕士学位论文 m 1 d o u b l ep i p ee v a p o r a t o ra n dt h es e r p e n t i n ee v a p o r a t o r , i nt h i sp a p e ras t e a d y d i s t r i b u t e dp a r a m e t e rm o d e lw i t hr e s p e c tt oh e a tt r a n s f e ra n df l o wo ft h es p i r a l - t u b e t y p ee v a p o r a t o rw a sp r e s e n t e da n dam a t l a bp r o g r a mw a sd e v e l o p e dt od e s i g na s p i r a l t u b et y p ee v a p o r a t o ru n d e r3 0 0 wc o o l i n gc a p a c i t y t h ed e t a i l e dd e s i g n i n g p r o c e s sa n d t h es t r u c t u r ed i a g r a mo ft h ee v a p o r a t o rw e r ea l s op r e s e n t e di nt h ep a p e r t h et h r o t t l em e c h a n i s mi sa l s oo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n e n t so ft h e m i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e m i nt h i sp a p e r , b yu s i n gt h ed i m e n s i o n l e s sc o r r e l a t i o n e q u a t i o no ft h ea d i a b a t i cc a p i l l a r yt u b ec h a r a c t e r i s t i c sd e v e l o p e db yb i t t l e e ta l ，a c a p i l l a r yt u b ew a sd e s i g n e d m o r e o v e r , t h es e l e c t i o na n d c a l c u l a t i o no ft h ed r yf i l t e r , t h es y s t e mc o n n e c t i n gp i p ea n do t h e ra u x i l i a r ye q u i p m e n t sw e r ea l s om e n t i o n e d a f t e r t h ed e s i g no ft h ec o m p r e s s o r , c o n d e n s o r , e v a p o r a t o r , c a p i l l a r yt u b ea n dt h ea u x i l i a r y e q u i p m e n t s ，t h ep i p ec i r c u i td e s i g no ft h em i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e mw a sc a r r i e d o u t t h e na s s e m b l ea l lo ft h ep a r t si n t ot h ep r o t o t y p e ，a n dt h ew e i g h ta c c o u n t i n go f t h ep r o t o t y p eh a sb e e nd o n e i nt h ep a p e r , t h em a t h e m a t i c a l - p h y s i c a lm o d e la b o u te x e r g ya n a l y s i so fm i n i a t u r e v a p o r - c o m p r e s s i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mw a se s t a b l i s h e d ，t h ea n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n a b o u tt h ee x e r g yl o s s e so ft h ep a r t so fs y s t e ma n dt h ec a u s e so fe x e r g yl o s sa te v e r y s t e pw e r ep r e s e n t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a x i m u m o ft h ee x e r g yl o s sa p p e a r s d u r i n gc o m p r e s s i o np r o c e s s ，t h ee v a p o r a t i o np r o c e s st a k e ss e c o n dp l a c e ，a n dt h e c o n d e n s a t i o np r o c e s st a k e st h e l i r d ，t h ee x e r g yl o s sd u r i n gt h et h r o r l i n gp r o c e s si s m i n i m u m e n h a n c i n gt h ec o m p r e s s o r sp e r f o r m a n c ei s t h ek e yo fe n h a n c e i n gt h e w h o l ec y c l e se x e r g ye f f i c i e n c y k e yw o r d sm i n i a t u r er e f r i g e r a t i o ns y s t e m ；o p t i m i z a t i o nd e s i g n ；e x e r g yl o s sa n a l y s i s ； s t e a d y - s t a t em o d e l 1 1 卜 物理晕名称及符n 表 物理量名称及符号表 4一每米管长总外表面积，m 2 m ； 一每米管长翅片表面积，m 2 m ； 4一螺旋管每米管- k 内表面积，m 2 m ； 4一泄漏间隙面积，m 2 ； 4 火无，k j k g ； 4 每米管长扁管内表面积，m 2 m ； b 滑片轴向长度，m ； 鼠沸腾特征数； c 一面积利用系数： c o p 性能系数： g 对流特征数； c p 一定压比热容，k j ( k g k ) ； c 口一比例因子； d 轴颈直径，m ； 噍 一螺旋管内径，m ； 或转子直径，m ； d 气缸直径，m ；毛细管内径，m ； d ，蒸发环节火用损失，k j k g ； o h 。翅片通道水力直径，m r f l ， 2 ( 辟一4 ) ( 纬一昂) ( 件一昂) + ( 纬一品) 见，制冷剂侧水力直径，衄， 兰丝监 2 ( + ) q 节流环节火用损失，u k g ； 巩一冷凝环节火用损失，k j k g ； d r 压缩机环节火用损失，k j k g ； e 偏心距，m ； 热量火用，圳k g ； 巳焓火用，k j k g ； 易 一电机的输入功，k j k g ； - v - 一强化系数： 一系统制冷火用，k j k g ； 火用，k j k g ； 摩擦因子： 液相弗劳德数： 一液相弗劳德数： - - $ 0 冷剂流通密度，k g ( m 2 s ) ， ( m ( 碱，2 4 ) 1 0 - 3 ) 一当量制冷剂质量流量，k g ( m 2 s ) ， 卜力+ 以毋辟) l g 焓，k j k g ； 翅片高度m m ； 扁管内孔高度，m m ； 一百叶窗高度，t o n i ，0 5 p lt a no f l ； 翅片当量高，m ，h v 2 - 0 ； 一百叶窗长度，m m ； 长度，m ； 翅片特性参数。 n 一扁管内孔数；转速，r m i n ； 每流程中扁管数； 匕等熵压缩功率，k w ； 胁排气压力，p a ； 脚翅片间距，n u n ； 岛一吸排气平均压力，p a ，( 只+ 岛) 2 ； 只指示功率，k w ； 异一螺旋周长，m ； 巴 一百叶窗间距，m m ； 最饱和压力与临界压力比值； 见一吸气压力，p a ； 可气乓厂乃g q 砟以鸟，乞m 北京工业大学工学硕士学位论文 己_ 轴功率，k w ； q 热流密度，w m 2 ； g ，_ 质流率，k g s ； q 。单位容积制冷量，k j i m 3 ； g 。一实际输气量，m 3 m i n ； 一外泄漏流量，m 3 m i l l ； q , t- - 瑶a g d 输气量，m 3 m i i l ； q 换热量，w ； 厂 一转子半径，m ；汽化潜热，j k g ； 乞一空气污垢热阻，( m 2 - k ) w ； r o 滑片项部倒圆半径，m ； r 气缸半径，m ； 过热度，； 乃环境的绝对温度，k ； 乃排气温度，k ； 乃 一吸气温度，k ； u 一总传热系数，w ( m 2 k ) ； 匕一最小截面风速，i 1 s ； 圪排气封闭容积，m 3 ； 基元容积，m 3 ； k 一工作容积，m 3 ； w 机械火用，k j k g ； 咋翅片宽度，n u n ； w 一扁管宽度，n u n ； 形 一功率，w ； z 一滑片数： 口表面传热系数，w ( m 2 k ) ； 云平均放热系数，w ( m 2 k ) ； 吒 一百叶窗角度，。； 一相邻滑片夹角，。； 属翅化系数，4 4 ； z 干度： 万 一总间隙，m ； 睇翅片厚度，m m ； 吒 一管壁厚度，m ； 屏 一扁管厚度，m m ； 痧 一极角，o ； 九一泄漏系数； 7 漏热系数： r 。d 一绝热效率； 仉火用效率； r 翅片效率。f h ( m 0 ( m 0 ； 仇一指示效率； 机械效率； 仉表面效率，卜母，。( 卜乃) 以； 仉一容积效率； r 一绝热指数： 名 一导热系数，w ( m k ) ； 兄滑片相对长度，6 r ； 乃铝导热系数，w ( m k ) ； 九治程阻力系数； 动力粘度，k g ( m s ) ； r p 一均相粘度，k g ( m 。s ) ， ! 一： j c + o - z ) l , , j p 一密度，k g m 3 ； 鳓一均相密度，k g m 3 ， 矿( 爿岛+ ( 1 一力腩) ； 岛矢径，m ； o r 滑片相对厚度；表面张力； f 相对偏心距，e r ： 屹压缩机吸气比容，m k g ； 孝漏热系数，通常0 8 ( 熹) 占 沼 ( 高产辱e ( 南) 击 s = p s | p g 其中，九为泄漏系数，一般可取九= 0 6 - - 。0 8 ；少为流量函数；4 = ( 2 j r d ) 万为 泄漏间隙面积，1 1 1 2 ；r 为气缸半径，m ：d 为转子有效长度端面处的轴颈直径， m ；万为转子与气缸两端面的总间隙，m ；q 为吸气状态的比体积，m 3 k g ； 岛= ( 只+ p e ) 2 为吸排气平均压力，p a ；，为气体常数，k j ( k g k ) ；乃为排气 研) z 早滑万l 席爿n 饥们具，们 温度，k 。 k 考虑滑片厚度后压缩机工作容积，m 3 。其公式为 k = 龙卜n ( 三+ 卜( 三+ ) 詈一咄 协 其中，= a r c s i i l ( r s i n 三 为矽= 万z 时的气缸型线压力角，。；s 为滑片的厚度， m ；l o = r s i n ( z + ) s i n ( 三) 一，为矽= 万z 时的滑片伸出长度，m ；，为转子 半径，m 。 圪一排气封闭容积，m 3 。对于多滑片压缩机，圪可近似取矿= 万时基元容 积圪( m 3 ) 的一半。 屹= 1 l r 2 f ( 2 一f ) + 1 2 皿2 f 2c o s ( 2 矽一舳+ v s i n 周+ ( 2 1 4 ) a r c s i n ( r s i n 矽) - v s i n ( 矽一) 、压二写了j 五- 而一a r c s i i l f s i i l ( 一) 其中，为相邻滑片夹角，。；矽为极角，。 2 3 4 滑片式压缩机排气温度的计算 j r l 乃= 霉( 胁n ) i ( 2 - 1 5 ) 式中，z 为吸气温度，k ；见为吸气压力，p a ：办为排气压力，p a lr 为工质 的绝热指数，在绝热效率= o 6 0 7 时取= 1 2 7 。 2 3 5 滑片式压缩机性能系数的计算 图2 3 为单级制冷循环堙p - h 图，根据辔尸- h 图和制冷剂的热力性质及理论循 环热力计算公式可计算制冷量 q = g v 6 0 ( 2 1 6 ) 式中，q 单位为k w ；吼为单位容积制冷量，为单位质量制冷量与比容的比值， i o m 3 。由图2 3 可知， 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 - 3 单级制冷循环l g p - h f i g 2 3p r e s s u r e - e n t h a l p yd i a g r a mo fs i n g l es t a g er e f r i g e r a t i o nc y c l e q v = q 。v l = ( h 2 一h ，) v ， ( 2 1 7 ) 性能系数 c o p = q p , 。 2 4 自制的微型滑片式压缩机结构参数 ( 2 1 8 ) 我们所研制的微型压缩机为单腔滑片式压缩机，制冷剂采用r 2 2 ，要求压缩 机制冷功率不低于3 0 0 w ，吸气压力为0 5 8 4 m p a ，吸气温度1 0 * c ，过热度5 c ， 排气压力为1 7 2 9 m p a 。压缩机的设计参数如表2 1 所示。 按照上述工况及表2 1 中自行研制的压缩机设计参数，计算得到不同转速下 压缩机制冷功率、轴功率等参数如表2 2 所示。 2 5 压缩机结构参数对压缩机性能影响分析 以下分别采用制冷剂r 2 2 、r 1 3 4 a ，当蒸发温度为5 c ，过热度5 ，冷凝温 度4 5 ，过冷度5 ，吸气温度1 0 ，压缩机转速刀= 1 2 0 0 r m i n 时，计算求得的 压缩机不同结构参数对性能影响的校核分析如下。 2 5 1 滑片数的影响 图2 4 - - 一图2 - 6 是滑片数z 对容积效率、制冷量、性能系数影响曲线。随着滑 片数的增加，对两种制冷剂而言，容积效率、性能系数均先略有增加，当出现最 大值后略有降低，且两者容积效率曲线基本重合。制冷量随着滑片数的增加，首 先急剧增加，当出现最大值后出现下降的趋势。当滑片数较少时，由于此时 a c g z 0 ，制冷量与面积利用系数成正比，导致增加滑片数可使制冷量增加；当 第2 章滑片式压缩机仿真分析 表2 1 微型滑片式制冷压缩机的设计参数 t a b l e2 1d e s i g np a r a m e t e r so ft h em i n i a t u r es l i d i n gv a n er e f r i g e r a t i o nc o m p r e s s o r 结构尺寸尺寸关系 数值 气缸直径d r a md = 2 r2 5 偏心距e n u ne = 0 1 8 r2 2 5 相对偏心距ff = 出 0 1 8 转子直径d o m md o = 2 r = d 一2 e 2 0 5 喷油式压缩机，合金铸铁滑 滑片厚度s m m1 5 片厚度为4 1 0 m m 滑片的相对厚度盯a = s ro 1 2 滑片径向高度厅衄 h = 4 e9 滑片槽深j 1 1 m m h ，_ + j1 0 喷油式压缩机，合金铸铁滑对应o - - - 0 1 2 ，最佳 滑片数z 片数为2 - - 8滑片数为z = 5 转子有效长度衄 l i d = 0 8 2 0 相邻滑片夹角。p = 2 z c z 7 2 滑片相对长度见 兄- b r 1 6 滑片轴向长度b m i l a b = a r 2 0 滑片顶部倒圆半径m m = 衫( + 2 ( 三) ) 3 1 2 5 表2 2 压缩机制冷功率、轴功率、容积效率 t a b l e2 - 2t h er e f r i g e r a t i o nc a p a c i t y 、s h a f tp o w e r 、v o l u m ee f f i c i e n c yo ft h ec o m p r e s s o r 转速( r r a i n ) 9 0 01 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 01 3 0 0 制冷功率( w ) 2 3 7 6 2 7 7 53 1 7 43 5 7 2 3 9 7 1 轴功率( w ) 6 4 07 1 1 7 8 2 8 5 39 2 4 容积效率 0 6 6o 7 0 o 7 2 o 7 50 7 7 1 5 - 北京t 业大学工学硕上学位论文 2345678 滑片数z 图2 _ 4 滑片数对容积效率影响曲线 f i g 2 - 4i n f l u e n c eo fv a n en u m b e r s o i lv o l u m ee f f i c i e n c y 5 4 乱 。 暴4 - 垛x l ：d 3 4 m - , 掣3 2 2 4 0 0 含3 , 5 0 面3 0 0 史 暴2 5 0 2 i 1 5 0 2345678 滑片数z 图2 5 滑片数对制冷量影响曲线 f i g 2 - 5i n f l u e n c eo fv a n en u m b e r s o nc o o l i n gc a p a c i t y z 3 45678 滑片数z 图2 - 6 滑片数对c o p 影响曲线 f i g 2 - 6i n f l u e n c eo fv a n en u m b e r so nc o p 滑片数增加到5 时，a 4 a z 0 此时是气缸面积利用最好的滑片数，也是获得最 大制冷量的最佳滑片数，当z 大于最佳滑片数后，剐如li料】；j鼷肄 第2 章滑片式压缩机仿真分析 a m _ _ l_ m n 曼曼曼曼曼曼璺皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼量曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼 1 0 f 曩o 孙 0 0 1 01 5z 02 53 o3 5 滑片厚度s ( m i l l ) 图2 7 滑片厚度对容积效率的影响曲线 f i g 2 - 7i n f l u e n c eo fv a n et h i c k n e s so i l v o l u m ee f f i c i e n c y 5 0 4 5 山 。 曼4 0 呆伐 竖3 5 血 掣3 0 2 5 2 0 誊 v a 咖j 佥 啦 ! 01 52 0z 53 03 5 滑片厚度s ( m m ) 图2 8 滑片厚度对q 影响曲线 f i g 2 8i n f l u e n c eo fv a n et h i c k n e s so n c o o l i n gc a p a c i t y 1 01 52 0z 53 03 5 滑片厚度s ( 衄) 图2 - 9 滑片厚度对c o p 影响曲线 f i g 2 - 9i n f l u e n c eo fv a n et h i c k n e s so nc o p 制冷量则随滑片厚度的增加而下降，其主要原因分析如下：对公式( 2 9 ) 中盯求 偏导可得，0 4 0 0 - 0 ，即面积利用系数c 是_ 的单调增函 数，当尺不变时，c 也是e 的单调增函数，而c 与制冷量成正比，故制冷量q 也 是e 的单调增函数。由于制冷量增加幅度大于轴功率增加幅度，导致二者c o p 均 增加。 2 5 4 气缸半径的影响 气缸半径r 对容积效率、制冷量、性能系数影响曲线分别如图2 1 3 图2 1 5 所示。由图可知，随着压缩机气缸半径的增加，对两种制冷剂而言，容积效率、 制冷量和性能系数均迅速增加，且两者容积效率曲线基本重合，采用r 2 2 时气 第2 章滑片式j t 编机仿真分析 缸半径变化对制冷量和性能系数影响比采用9 1 3 4 a 时更为明显，且r 2 2 时的制 冷量和性能曲线优于r 1 3 4 a 时制冷量和性能曲线。随着气缸半径j r 的增加，相对 偏心距f = e r 和相对厚度矿= s r 随之减少，导致面积利用系数c 也随之降低， 但此时理论输气量增加，导致制冷量增加。随着气缸半径的增加，制冷量增加幅 度大于轴功率增加幅度，导致二者c o p 均增加。 1 0 o 9 o 8 f 埒o 7 较 娶0 6 谗 0 5 0 4 91 01 11 21 31 4 1 51 6 1 7 1 8 气缸半径r ( m m ) 图2 1 3 气缸半径对容积效率影响曲线 f i g 2 13i n f l u e n c eo fc y l i n d e rr a d i u s o nv o l u m ee f f i c i e n c y 1 2 0 0 1 0 0 0 一8 0 0 肇 o6 0 0 咖1 史4 0 0 昔b 2 0 0 0 91 01 11 21 31 4 1 5 1 6 1 71 8 气缸半径r ( r i m ) 图2 1 4 气缸半径对制冷量影响曲线 f i g 2 - 1 4i n f l u e n c eo f c y l i n d e rr a d i u s o nc o o l i n gc a p a c i t y 91 01 11 2 1 31 41 5 1 6 1 7 1 8 气缸半径r ( m m ) 图2 1 5 气缸半径对c o p 影响曲线 f i g 2 - 15i n f l u e n c eo fc y l i n d e rr a d i u so nc o p 2 5 5 气缸长度的影响 气缸长度三对容积效率、制冷量、性能系数影响曲线如图2 1 6 图2 1 8 所 示。由图可知，对两种制冷剂而言，容积效率、制冷量和性能系数均随气缸长度 增加而增加，且采用两种制冷剂时，容积效率曲线基本重合，而r 2 2 时的制冷 量和性能系数曲线优于r 1 3 4 a 时曲线，且气缸长度对r 2 2 的制冷量和性能系数 的影响幅度要大于对r 1 3 4 a 时的影响幅度。对于两种制冷剂，制冷量q 随着l 的 5 4 3 2 1 0 dou籁张避掣 北京工业大学工学硕十学位论文 增加单调递增。随着气缸长度的增加，制冷量增加幅度大于轴功率增加幅度，导 致c o p 增加。 ， 喜o 9 校 聚0 8 谗 0 7 0 6 1 4 1 6 1 82 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 气缸长度l ( 哪) 图2 1 6 气缸长度对容积效率影响曲线 f i g 2 - 1 6i n f l u e n c eo f c y l i n d e rl e n g t h o i lv o l u m ee f f i c i e n c y o - o o 籁 1 口口 皿 掣 7 0 0 肇6 0 0 滴5 0 0 世 受4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 1 41 6 1 82 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 气缸长度l ( 硼) 图2 1 7 气缸长度对制冷量影响曲线 f i g 2 - 17i n f l u e n c eo fc y l i n d e rl e n g t h o i lc o o l i n gc a p a c i t y 1 41 61 8 2 0 2 2 2 4 2 62 83 0 3 2 气缸长度l ( 衄) 图2 1 8 气缸长度对c o p 影响曲线 f i g 2 - 1 8i n f l u e n c eo f c y l i n d e rl e n g t ho nc o p 2 6 压缩机运行参数对压缩机性能影响分析 分别采用制冷剂r 2 2 、r 1 3 4 a ，当蒸发温度为5 。c ，过热度5o c ，冷凝温度 4 5 c ，过冷度5 。c ，吸气温度1 0 ( 2 ，压缩机转速，l = 1 2 0 0 r m i n 时，计算求得的 压缩机不同运行参数对性能影响的校核分析如下。 2 6 1 转速的影响 转速n 对容积效率、制冷量和性能系数影响曲线如图2 1 9 图2 2 1 所示。由 图可知，对两种制冷剂而言，容积效率、制冷量和性能系数均随转速增加而增加， 且采用两种制冷剂时，容积效率曲线基本重合，而r 2 2 时的制冷量和性能系数 0 5 0 5 0 5 0 5 4 4 3 3 z z 第2 章滑片式压缩机仿真分析 1 0 0 9 f 黔8 孙7 0 6 0 5 8 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0 转速n ( r m i n ) 图2 1 9 转速对容积效率影响曲线 f i g 2 1 9i n f l u e n c eo f r o t a t i n gs p e e d 0 1 1v o l u m ee f f i c i e n c y 8 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0 转速n ( r m i n ) 图2 2 0 转速对制冷量影响曲线 f i g 2 2 0i n f l u e n c eo fr o t a t i n gs p e e d o l lc o o l i n gc a p a c i t y 8 0 01 0 0 01 z o o1 4 0 01 6 0 0 转速n ( r m i n ) 图2 2 l 转速对c o p 影响曲线 f i g 2 - 21i n f l u e n c eo fr o t a t i n gs p e e do nc o p 曲线优于r 1 3 4 a 时曲线，且转速对r 2 2 的制冷量和性能系数的影响幅度要大于 对r 1 3 4 a 时的影响幅度。由公式( 2 1 0 ) 也可得知，随着转速的增加，会导致容 积效率的增加。制冷量q 随着t 的增加迅速递增，由公式( 2 7 ) 、( 2 8 ) 、( 2 - 1 0 ) 、 ( 2 1 6 ) 也可推出，制冷量q 是，l 的递增函数。随着转速的增加，制冷量增加幅 度大于轴功率增加幅度，导致c o p 增加。 2 6 2 蒸发温度的影响 蒸发温度对容积效率、制冷量、性能系数和压缩机排气温度影响曲线如图 2 2 2 图2 2 5 所示。由图可知，采用r 2 2 时的制冷量和性能系数数值优于采用 r 1 3 4 a 时数值，而其排气温度低于采用r 1 3 4 a 时数值。对于r 2 2 和r 1 3 4 a ，随 垂伽枷锄言渤言伽伽 邑。咖愈一螗 0 5 0 5 0 5 0 5 4 4 3 3 2 2 dou纂峨避翅， 北京t 业大学t 学硕十学位论文 1 0 0 9 f 褂0 8 较 娶0 7 谗 0 6 0 5 234567891 01 1 蒸发温度( ) 234567891 01 1 蒸发温度( ) 图2 - 2 2 蒸发温度对容积效率影响曲线图2 2 3 蒸发温度对制冷量影响曲线 f i g 2 - 2 2i n f l u e n c eo fe v a p o r a t i n gt e m p e r a t u r e o nv o l u m ee f f i c